Озоновая подушка, расположенная в стратосфере и задерживающая значительную часть космического ультрафиолетового излучения, гибельного для живых организмов, начала истончаться из-за воздействия озоноразрушающих веществ.
Этот факт обеспокоил международное сообщество, так как по причине разрушения озоносферы повышается уровень ультрафиолетового излучения, что возможно вызвать значительные изменения в биосфере.
В данной статье мы поговорим о том, от чего защищает Землю локализованный в стратосфере озоновый экран, как он выполняет основную защитную функцию для биосферы на планете, какие важные последствия разрушения озонового слоя для атмосферы и жизни.
Содержание
Характеристика и сущность озоносферы
Над тропосферой атмосферы нашей планеты, на высоте 20-40 км находится стратосфера, в которой расположен озоновый слой, представляющий собой прослойку атмосферного озона — скопления молекул, содержащих 3 атома кислорода. Доля стратосферного озона в атмосфере составляет порядка 0.6 млн весовой доли.
Создание озонового слоя происходит в процессе взаимодействия коротковолновых ультрафиолетовых лучей с кислородом, двухатомные молекулы кислорода расщепляются на 2 атома, независимые друг от друга.
Каждый из этих атомов вступает в стратосфере в химическую реакцию с двухатомным кислородом (нерасщепленным). При этом образуется трехатомная кислородная молекула (озон) — химическая формула О3 — и формируется озоновый экран, который имеет свойство поглощать самые опасные лучи ультрафиолета.
Наибольшая концентрация озона фиксируется на высоте 15-35 км, которая зависит от климатической зоны.
Средние значения высоты расположения озонового пояса Земли:
- полярная климатическая зона — 15-20 км;
- умеренный пояс — 20-25 км;
- тропический климат — 25-30 км.
Толщина прослойки озона в среднем составляет 2-4 мм. Плотность озоновых частиц возрастает при удалении от поверхности нашей планеты.
Точное значение толщины слоя рассчитать практически невозможно, так как температура и давление постоянно изменяются. В научном мире считается, что при температуре 0°С и давлении 100 кПа толщина озоновой подушки может составлять 1.7-4 мм.
В реальности в атмосфере не существует отдельного «озонового слоя», этим термином определяется понятие области с максимальной концентрацией О3.
Стратосфера содержит 85-90% атмосферного озона. Через обмен воздушных масс примерно 10% озона из стратосферы поступает в нижний слой атмосферы — тропосферу. Стратосферным озоновым слоем в диапазоне солнечных волн длиной 200-315 нм поглощается порядка 97-99 % ультрафиолетового солнечного излучения.
Значение и защитная роль
Поговорим о том, какова полезная роль озонового слоя для планеты Земля и какое излучение поглощает озон.
Самым важным свойством озонового слоя Земли является резкое ослабление (в 6500 раз) части ультрафиолетового спектра (с длиной волны менее 320 нм) солнечного электромагнитного излучения, наносящего вред земным живым организмам.
В чем же заключается важная защитная экологическая функция озона, каким образом он ее выполняет и каковы характеристики этого вещества?
Основная функция стратосферной озоновой прослойки — защита людей, животных и растений от негативного воздействия ультрафиолетового коротковолнового излучения. То есть озоновый экран является своего рода щитом для существования жизни на нашей планете.
В соответствии с научными данными, слой озона над нашей планетой появился 400 млн лет назад и положил начало эволюционной сети развития разнообразных живых форм. Благодаря этому живые организмы (преимущественно растения) из океана смогли выйти на сушу.
Но в наши дни возникла угроза существованию озонового слоя — ученые заметили признаки его истощения. Границы озонового экрана изменяются в соответствии со временем года и географической широтой, а также зависят от экологического состояния нашей планеты и степени ее загрязнения.
Жизнь на Земле зависит от определенной спектральной границы поступающего солнечного излучения, поэтому при уменьшении или исчезновении озонового слоя живые вещества могут подвергнуться опасности.
Как теоретическими, так и практическими методами доказано, что молекулы озона поглощают солнечные ультрафиолетовые лучи в пределе длин волн 200-300 нм на высоте от 10-15 до 50 км и более. Наиболее сильно поглощается ультрафиолетовая радиация с длиной волны 250 нм.
Экспериментальные исследования показали, что опасность представляет ультрафиолет в диапазонах длин волн 255-266 и 280-320 нм. При истощении озоновой прослойки такое излучение усиливается, провоцируя разного рода негативные последствия.
Учеными установлено, что в случае не поглощения озоном ультрафиолетовых лучей температура в тропосфере снижалась бы до высоты 80 км, на которой формируется жесткий ультрафиолет, обладающий свойством ионизации молекул воздуха.
Так как озоновый слой повышает общую температуру нашей планеты, при его отсутствии средняя температура на поверхности Земли снизилась бы на 3.5°С.
К основным последствиям исчезновения озонового слоя относят:
- Охлаждение верхнего слоя стратосферы.
- Нестабильность атмосферного слоя, приводящая к изменению высоты образования облаков.
- Изменение струй воздушных потоков (увеличение активности у экватора, снижение у полюсов), что повлияет на сезонные погодные условия на любой широте.
Главной опасностью исчезновения озонового слоя считается отсутствие защиты земной поверхности от ультрафиолетового излучения. Без прослойки стратосферного озона подверженность ультрафиолету увеличится в 70 раз, что окажет губительное действие на живые земные системы.
Последствия разрушения озонового слоя для Земли и биосферы
Ученые полагают, что при снижении на 25% уровня стратосферного озона вследствие возрастания потока ультрафиолета на Землю уже вероятно начало деградации экосистем.
Возможные проявления:
- снижение урожайности сельскохозяйственных культур в результате нарушения обмена веществ и воздействия организмов-мутантов;
- гибель фитопланктона в океане;
- возникновение новых, опасных организмов на планете;
- ослабление иммунной системы человека, что приведет к росту числа раковых заболеваний.
В этом случае также прогнозируется возрастание от 3 до 12% концентрации тропосферного озона, что усилит кислотные дожди.
В соответствии с экспериментальными материалами выявлено ингибирующее (задерживающее протекание процессов) воздействие ультрафиолета на зоопланктон и фитобактерии. Снижение в озоновом слое концентрации озона на 16.5% может привести к 5% уменьшению первичной продуктивности в Мировом океане.
Ультрафиолетовое излучение вызывает мутации на генном уровне. Облучение световой волной порядка 300 нм способствует возникновению до 90% повреждений.
Американскими исследователями установлено, что при уменьшении слоя озона на 50% в 2.5 раза возрастают повреждения ДНК, что может привести к увеличению частоты заболеваний раком кожи до 7.5-8 раз.
Интересное видео
В чем заключается основная роль озонового экрана в атмосфере Земли и для чего он нужен — смотрите в видео ролике:
В следующем видео указано, каково основное значение озонового экрана Земли, что и как поглощается частицами озона в атмосфере, которая, в свою очередь, является необходимой средой обитания для биосферы нашей планеты:
Заключение
Основная функция стратосферного озонового слоя — защита живой природы и человека от жесткого ультрафиолета, который подавляет иммунную систему организма. Каждый 1 потерянный процент озона в пределах земной атмосферы способен привести к дополнительным 150 тысячам слепоты и увеличить на 2.6% количество случаев рака кожи.
В статье было рассмотрено, какую полезную роль играет озоновый экран Земли, его основное назначение и как он выполняет эту защиту всего живого, поглощая в атмосфере ультрафиолетовое излучение Солнца.
